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ja/codes/javascript/chapter_heap/my_heap.js

@@ -0,0 +1,158 @@
+/**
+ * File: my_heap.js
+ * Created Time: 2023-02-06
+ * Author: what-is-me (whatisme@outlook.jp)
+ */
+
+const { printHeap } = require('../modules/PrintUtil');
+
+/* 最大ヒープクラス */
+class MaxHeap {
+    #maxHeap;
+
+    /* コンストラクタ。空のヒープを作成するか、入力リストからヒープを構築する */
+    constructor(nums) {
+        // リスト要素をそのままヒープに追加
+        this.#maxHeap = nums === undefined ? [] : [...nums];
+        // 葉ノード以外のすべてのノードをヒープ化
+        for (let i = this.#parent(this.size() - 1); i >= 0; i--) {
+            this.#siftDown(i);
+        }
+    }
+
+    /* 左子ノードのインデックスを取得 */
+    #left(i) {
+        return 2 * i + 1;
+    }
+
+    /* 右子ノードのインデックスを取得 */
+    #right(i) {
+        return 2 * i + 2;
+    }
+
+    /* 親ノードのインデックスを取得 */
+    #parent(i) {
+        return Math.floor((i - 1) / 2); // 切り捨て除算
+    }
+
+    /* 要素を交換 */
+    #swap(i, j) {
+        const tmp = this.#maxHeap[i];
+        this.#maxHeap[i] = this.#maxHeap[j];
+        this.#maxHeap[j] = tmp;
+    }
+
+    /* ヒープのサイズを取得 */
+    size() {
+        return this.#maxHeap.length;
+    }
+
+    /* ヒープが空かどうかを判定 */
+    isEmpty() {
+        return this.size() === 0;
+    }
+
+    /* ヒープ先頭要素にアクセス */
+    peek() {
+        return this.#maxHeap[0];
+    }
+
+    /* 要素をヒープに追加 */
+    push(val) {
+        // ノードを追加
+        this.#maxHeap.push(val);
+        // 下から上へヒープ化
+        this.#siftUp(this.size() - 1);
+    }
+
+    /* ノード i から始めて、下から上へヒープ化 */
+    #siftUp(i) {
+        while (true) {
+            // ノード i の親ノードを取得
+            const p = this.#parent(i);
+            // 「根ノードを越えた」または「ノードの修復が不要」になったらヒープ化を終了
+            if (p < 0 || this.#maxHeap[i] <= this.#maxHeap[p]) break;
+            // 2 つのノードを交換
+            this.#swap(i, p);
+            // ループで下から上へヒープ化
+            i = p;
+        }
+    }
+
+    /* 要素をヒープから取り出す */
+    pop() {
+        // 空判定の処理
+        if (this.isEmpty()) throw new Error('ヒープが空です');
+        // 根ノードと最も右の葉ノードを交換（先頭要素と末尾要素を交換）
+        this.#swap(0, this.size() - 1);
+        // ノードを削除
+        const val = this.#maxHeap.pop();
+        // 上から下へヒープ化
+        this.#siftDown(0);
+        // ヒープ先頭要素を返す
+        return val;
+    }
+
+    /* ノード i から始めて、上から下へヒープ化 */
+    #siftDown(i) {
+        while (true) {
+            // ノード i, l, r のうち値が最大のノードを ma とする
+            const l = this.#left(i),
+                r = this.#right(i);
+            let ma = i;
+            if (l < this.size() && this.#maxHeap[l] > this.#maxHeap[ma]) ma = l;
+            if (r < this.size() && this.#maxHeap[r] > this.#maxHeap[ma]) ma = r;
+            // ノード i が最大、またはインデックス l, r が範囲外なら、ヒープ化は不要なので抜ける
+            if (ma === i) break;
+            // 2 つのノードを交換
+            this.#swap(i, ma);
+            // ループで上から下へヒープ化
+            i = ma;
+        }
+    }
+
+    /* ヒープ（二分木）を出力 */
+    print() {
+        printHeap(this.#maxHeap);
+    }
+
+    /* ヒープから要素を取り出す */
+    getMaxHeap() {
+        return this.#maxHeap;
+    }
+}
+
+/* Driver Code */
+if (require.main === module) {
+    /* 最大ヒープを初期化 */
+    const maxHeap = new MaxHeap([9, 8, 6, 6, 7, 5, 2, 1, 4, 3, 6, 2]);
+    console.log('\nリストを入力してヒープを構築した後');
+    maxHeap.print();
+
+    /* ヒープ頂点の要素を取得 */
+    let peek = maxHeap.peek();
+    console.log(`\nヒープの先頭要素は ${peek}`);
+
+    /* 要素をヒープに追加 */
+    let val = 7;
+    maxHeap.push(val);
+    console.log(`\n要素 ${val} をヒープに追加した後`);
+    maxHeap.print();
+
+    /* ヒープ頂点の要素を取り出す */
+    peek = maxHeap.pop();
+    console.log(`\nヒープ先頭要素 ${peek} を取り出した後`);
+    maxHeap.print();
+
+    /* ヒープのサイズを取得 */
+    let size = maxHeap.size();
+    console.log(`\nヒープ要素数は ${size}`);
+
+    /* ヒープが空かどうかを判定 */
+    let isEmpty = maxHeap.isEmpty();
+    console.log(`\nヒープが空かどうかは ${isEmpty}`);
+}
+
+module.exports = {
+    MaxHeap,
+};

ja/codes/javascript/chapter_heap/top_k.js

@@ -0,0 +1,58 @@
+/**
+ * File: top_k.js
+ * Created Time: 2023-08-13
+ * Author: Justin (xiefahit@gmail.com)
+ */
+
+const { MaxHeap } = require('./my_heap');
+
+/* 要素をヒープに追加 */
+function pushMinHeap(maxHeap, val) {
+    // 要素を反転する
+    maxHeap.push(-val);
+}
+
+/* 要素をヒープから取り出す */
+function popMinHeap(maxHeap) {
+    // 要素を反転する
+    return -maxHeap.pop();
+}
+
+/* ヒープ先頭要素にアクセス */
+function peekMinHeap(maxHeap) {
+    // 要素を反転する
+    return -maxHeap.peek();
+}
+
+/* ヒープから要素を取り出す */
+function getMinHeap(maxHeap) {
+    // 要素を反転する
+    return maxHeap.getMaxHeap().map((num) => -num);
+}
+
+/* ヒープに基づいて配列中の最大の k 個の要素を探す */
+function topKHeap(nums, k) {
+    // 最小ヒープを初期化する
+    // 注意: ヒープ内の全要素を反転し、最大ヒープで最小ヒープをシミュレートする
+    const maxHeap = new MaxHeap([]);
+    // 配列の先頭 k 個の要素をヒープに追加
+    for (let i = 0; i < k; i++) {
+        pushMinHeap(maxHeap, nums[i]);
+    }
+    // k+1 番目の要素から開始し、ヒープ長を k に保つ
+    for (let i = k; i < nums.length; i++) {
+        // 現在の要素がヒープ先頭より大きければ、ヒープ先頭を取り出して現在の要素を追加する
+        if (nums[i] > peekMinHeap(maxHeap)) {
+            popMinHeap(maxHeap);
+            pushMinHeap(maxHeap, nums[i]);
+        }
+    }
+    // ヒープ内の要素を返す
+    return getMinHeap(maxHeap);
+}
+
+/* Driver Code */
+const nums = [1, 7, 6, 3, 2];
+const k = 3;
+const res = topKHeap(nums, k);
+console.log(`最大の ${k} 個の要素は`, res);